Использование моделей САПР в инженерно-техническом образовании

Картинки по запросу САПРВ наше время использование компьютерных технологий в образовании сформировалось де-факто, что отражается общими тенденциями информатизации общества и многообразием решаемых задач. При этом спектр используемых программ больше зависит от профиля подготовки и характеризуется наличием как учебных версий коммерческого ПО, так и применением свободного программного обеспечения. В учебном процессе ИТИ активно используют инженерные программы, успешно применяемые в ряде курсов специальных дисциплин [1]. Среди них: CAD-система КОМПАС-3D [3], CAE-система — АПМ WinMachine [4]; CAM-продукты — САПР ТП Вертикаль [5] и др., которые обеспечивают не только подготовку конструкторско-технологической документации и автоматизацию расчетных задач в течение семестра, но и служат для оформления курсовых и дипломных работ.

Картинки по запросу САПР в образовании

Данные программы не только стали обязательным инструментом студентов: их использование позволяет также повысить эффективность работы сотрудников ВУЗа — преподавательского и инженерно-вспомогательного персонала. Этому также способствует и постоянное внимание к проблемам региональной тематики. Так, в рамках обеспечения рынка продукцией местного растениеводства стал актуальным вопрос восстановления оросительной системы.

Касаясь технической стороны, стоит отметить, что в регионе наиболее распространенным и прогрессивным методом остается капельная схема полива [2] (рис. 1).

Междисциплинарные связи на основе САПР

Рис. 1. Капельница [7]

При этом данный вариант характеризуется рядом преимуществ, среди которых можно выделить такие, как:

  1. экономия воды за счет прямой подачи к корневой системе;
  2. создание определенных препятствий распространению болезней;
  3. увеличение жизнестойкости растений и их раннее созревание;
  4. автоматизация процесса применения системы полива.

К недостаткам такой схемы, а они тоже есть, следует отнести:

  1. сложность и в некоторой части дороговизна монтажа;
  2. частый выход из строя капельниц вследствие засорения или поломок.

Что, в общих чертах, представляет собой капельница? Это узел для распыления потока воды, основным крепежным элементом которого служит деталь типа «Накидная гайка», или, другими словами, цилиндрическое тело с внутренней резьбой (рис. 2).

Междисциплинарные связи на основе САПР

Рис. 2. Накидная гайка капельницы

Эти детали входят также в состав компрессионных соединительных фитингов для монтажа арматуры капельного полива (рис. 3) и имеют ограниченный ресурс, вследствие поломок резьбы или трещин, возникающих в корпусе.

Междисциплинарные связи на основе САПР

Рис. 3. Разновидности компрессионных соединительных фитингов [2]

Частый выход из строя капельниц и накидных гаек-фитингов порождает необходимость создания их запаса. Чтобы продлить сроки эксплуатации, поставлена задача — удешевить процесс изготовления деталей.

Обратимся к технологии. Классические детали такого типа получают методом литья под давлением из полимерных материалов в специальных пресс-формах, что говорит о массовой форме выпуска.

Для оформления внутренней резьбы в отливке используют закладные элементы. Традиционно их заранее устанавливают в пресс-форму (инструмент), а потом извлекают вместе с отливкой. Далее закладной элемент вручную выкручивают из отливки, что увеличивает время, а следовательно, и стоимость изготовления изделия. Поэтому требуется уменьшить время изготовления данной детали («Накидная гайка»), максимально сократив применение ручных вспомогательных операций, т. е. заставить пресс-форму работать в автоматическом режиме, что в итоге должно снизить себестоимость производства данных деталей.

Для автоматизации изготовления капельниц и «гаек-фитингов» в инструменте (пресс-форме) предусмотрен механический привод. В его основе используется пара винт-гайка, которая преобразует вращательное движение механизма в поступательное и обеспечивает зубчатое зацепление с исполнительными узлами. Внешний вид такого устройства представлен на рис. 4.

Междисциплинарные связи на основе САПР

Рис. 4. Пара винт-гайка исполнительного механизма

Пресс-форма, внешний вид которой показан на рис. 5 и 6, работает следующим образом. При ее раскрытии гайка ходового винта, совершая поступательное движение, вращается вместе с ведущим колесом и приводит в действие шестерни, выполненные совместно с оформляющим внутреннюю резьбу отливки знаком. Таких знаков несколько. При своем вращении резьбовые знаки выворачиваются из отливки, а сама отливка, поступательно вращаясь, должна выпадать из гнезда.

Ходовой винт имеет диаметр 32 мм, с левой нарезкой и десятью заходами. Гайка ходового винта представляет комбинированную конструкцию, в которой резьбовая часть получена заливкой баббита. Такой подход объясним технологической экономичностью, но с эксплуатационной стороны — неудачен, поскольку может приводить к деформациям и заклиниванию устройства.

В качестве решения предлагается резьбовую часть изготавливать из менее жесткого материала, например полиамида. В этом случае соединение лишено хрупкости и менее подвержено поломкам, вследствие чего отпадает необходимость в смазке. Стойкость такой винтовой пары повышается, если сравнивать с гайкой, изготовленной из бронзы.

Гайка ходового винта закреплена в самой форме, что позволяет устанавливать форму на любые термопластавтоматы, делая решение универсальным.

Практически данная задача была реализована на этапе создания модели устройства в рамках непрерывного применения инструментов САПР. В дальнейшем она ориентирована на использование в учебном процессе, при многоэтапной подготовке специалистов по направлению 15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов».

После представления электронной сборки на международный конкурс «Юные Асы 3D-моделирования-2015» студентами III курса ИТИ, разработанная модель была анонсирована на ежегодной студенческой научной конференции, где получила должную оценку специалистов.

На рис. 5a и 5б показаны внешний вид модели пресс-формы (а) и получаемых в ней деталей (б). На рис. 6 показан вид пресс-формы после разнесения компонентов.

Междисциплинарные связи на основе САПР

Рис. 5а.

Междисциплинарные связи на основе САПР

Рис. 5б.

Междисциплинарные связи на основе САПР

Рис. 6. Пресс-форма в раскрытом состоянии

Работа над данным проектом включала проведение следующих этапов исследования:

  1. Определение геометрических характеристик пары винт-гайка и зубчатого зацепления для оптимальных габаритов и расположения узлов пресс-формы. При этом задействована прикладная библиотека КОМПАС-3D «Валы и механические передачи 3D», с которой студенты познакомились в семестре 5 при изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования».
  2. Выбор материала для деталей пресс-формы из М и С (материал и сортамент) КОМПАС-3D. Базовые приемы и знания по подбору материалов деталей получены в семестре 3 (учебная дисциплина «Технология конструкционных материалов») и в 4-5 семестрах (дисциплина «Материаловедение»).
  3. Построение в графическом редакторе КОМПАС-3D трехмерной модели устройства с использованием прикладной библиотеки КОМПАС-3D «Проектирование пресс-форм». Навыки работы с системой приобретены еще в 1-2 семестрах на занятиях по дисциплинам «Инженерная графика» и «Машинная графика» и курсе «Технологическая оснастка» в 9 семестре.

Структурно основные процессы автоматизации решения прикладных задач в ВУЗе может определять схема, приведенная на рис. 7.

7

Рис. 7.

Как видно из рис. 7, дальнейшее обучения в рамках работы над проектом предусматривает прохождение нескольких этапов. Использование модели непрерывной САПР предполагает:

  1. Ознакомление с производством в ходе учебных практик и формирование списка проблемных тематик.
  2. Выполнение прочностного расчета зубчатого зацепления с использованием АПМ WinMachine и оптимизацию конструкции. Практические навыки владения данным программным продуктом студенты получили в ходе изучения дисциплин «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин» в 2-3 семестрах.
  3. Написание технологии изготовления деталей пресс-формы после изучения дисциплины «Основы проектирования (Технология машиностроения)» в 7 семестре с использованием САПР ТП Вертикаль.
  4. Проведение проверки правильности расчета литниковой системы в 8 семестре в КОМПАС-3D пресс-форм (дисциплина «САПР технологических процессов»).
  5. Создание программ обработки деталей пресс-форм для станков с ЧПУ в семестре 10 в ГеММа-3D (дисциплина «Автоматизация производственных процессов в машиностроении»).
  6. Оценка затрат и проведение последующей оптимизации конструкторско-технологических решений (дисциплины «Организация и планирование производства», «Математическое моделирование») в 10 семестре.

Таким образом, обеспечивается сквозной цикл разработки изделия, где студенты для решения конкретной задачи задействуют арсенал различных средств [6] как при изучении профильных дисциплин, так и предметов междисциплинарного блока.

Выводы

Развитие и активное внедрение САПР является важной составляющей в подготовке современного инженера. Это обусловлено не только квалификационными требованиями, но и реалиями современного производства. Поэтому образовательные программы, применяемые в ИТИ, да и других ВУЗах, предусматривают получение студентами навыков работы в системах автоматизированного проектирования для создания электронных версий конструкторских и технологических документов.

Не менее важным является и правильность, разумность выбора применяемых инструментов. Адекватность использования систем автоматизации применительно к решаемым задачам является отдельной темой и ждет своего решения.

В заключение следует отметить, что автоматизация не панацея, а лишь одно из средств снижения затрат при технологической подготовке производства и она способна обеспечить должный эффект при ее явной необходимости и грамотном, комплексном использовании. Понимание этих правил как студентами, так и преподавательским сообществом позволит повысить качество подготовки выпускаемых специалистов в целом.

Более подробно взгляды авторов на комплексность изучения САПР в техническом ВУЗе, а также соответствующий опыт, изложены в этой презентации.

Используемая литература

1. Обзор современных систем автоматизированного проектирования

2. Самополив огорода или капельное орошение (ОТКУДА И КАК ПОЯВИЛАСЬ СИСТЕМА КАПЕЛЬНОГО ПОЛИВА)

3. КОМПАС-3D — инструмент создателя

4. Комплексный инженерный анализ конструкций и деталей машин

5. Система автоматизированного проектирования технологических процессов ВЕРТИКАЛЬ

6. Калягина О.В. Комплексное использование САПР в инженерном образовании / Первая международная научно-методическая конференция “Применение программных продуктов КОМПАС в высшем образовании”. Сборник трудов. – Тула: Изд-во Гриф и Ко, 2005. – С.3- 4.

7. Какие трубы выбрать для организации полива огорода — советы по выбору от мастеров

Данные об авторах

Башкатов Александр Майорович, к.т.н., инженерно-технический институт ПГУ им. Т.Г. Шевченко, доцент кафедры «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», закончил в 1986 г. физ.тех Днепропетровского госуниверситета, инженер-механик по специальности «Производство летательных аппаратов», канд. диссертация на тему «Управление экологической безопасностью городских автотранспортных сетей (на примере г. Тирасполь)» защищена в Институте проблем моделирования в энергетике НАН Украины, Киев в 2009 г.

Котиц Дмитрий Анатольевич, инженерно-технический институт ПГУ им. Т.Г. Шевченко, старший преподаватель кафедры «Автоматизированные технологии и промышленные комплексы», закончил в 2009 г. ИТИ ПГУ по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств в машиностроении».

Юрочкина Татьяна Михайловна, инженерно-технический институт ПГУ им. Т.Г. Шевченко, старший преподаватель кафедры «Машиноведения и технологического оборудования», закончила в 1982 г. механический факультет Санкт-Петербургского государственного технологического института по специальности «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций».

Картинки по запросу САПР в образовании

Авторы: Александр Башкатов, Дмитрий Котиц, Татьяна Юрочкина
Источник: http://isicad.ru/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!